3 Анализ методов травления слоев

Основу процессов плазмо–и ионно–химического травления составляют химические реакции энергетических частиц плазмы с материалом на его поверхности. Инициирование таких реакций возможно только при наличии высокой химической активности частиц плазмы. Многообразие и количественная неопределенность частиц, одновременно с различной степенью активности участвующих в процессах в плазмо – и ионно – химического травления, затрудняет понимание механизма этих процессов и управления ими.

В процессах плазмохимического травления радикалы, возникающие при диссоциации молекул газа, кемосорбируются на поверхности обрабатываемого материала, объединяя свои не спаренные электроны с атомами, имеющие свои свободные валентности, то есть с активными центрами на поверхности. Между радикалами и атомами материала образуются прочные ковалентные связи.

В процессах ионно-химического травления энергетические ионы, обладающие высокой кинетической энергией, бомбардируют поверхность материала. При этом происходит нейтрализация ионов, их внедрения в обрабатываемый материал и фрагментация на составные элементы – атомы. Как правило, ионы в процессах ионно-химического травления представляют собой многоатомные образования. После фрагментации происходит химическая реакция составных частей иона с обрабатываемым материалом. Наблюдается и физическое распыление материала.

Процессы плазмохимического травления могут проходить при одновременной ионной бомбардировке. На кинетику химического взаимодействия накладывается кинетика физического распыления и активация обрабатываемой поверхности. Эти процессы имеют две основные разновидности; собственно плазмохимическое травление и реактивное ионно-плазменное травление. Разновидности определяются типом используемого для обработки материалов оборудования: системы травления объемного и планарного типов. В системах объемного подложки как бы «плавают» в плазме. В системах планарного типа подложки располагаются на одном из плоскопараллельных электродов, как правило на катоде, на который подеется отрицательный электрический потенциал, вытягивающий ионы из плазмы. В системах планарного типа с загружаемым анодом характеризуется более высоким рабочим давлением газа, чем системы системы с загружаемым с загружаемым катодом. Отсутствие на аноде отрицательного потенциала умещает вероятность бомбардировки материала энергетическими ионами.

В системах объемного типа создание плазмы обеспечивается подачей ВЧ мощности обпладий конденсатора (емкостное возбуждение) или на индуктор (индуктивное возбуждение), расположение вне рабочей камеры. Возбуждающие разряд электроды не подвержены воздействию плазмы и, следовательно, не могут влиять на процесс плазмохимического травления. Для создания плазмы может быть использовано сверхвысокочастотное возбуждение.

В системах планарного типа высокочастотная мощность подается на электроды, которые находятся внутри рабочей камеры и наравне с обрабатываемым материалом подвержены воздействию частиц плазмы. В результате этого материал электродов, их размеры и геометрия могут оказывать влияние на процесс плазмохимического травления.

Системы объемного типа характеризуются высоким давлением газа и, как следствие этого, отсутствием направленности движения энергетических частиц плазмы по отношению к обрабатываемому материалу. Обрабатываемые подложки находятся под плавающим электрическим потенциалом. Для уменьшения ионной бомбардировки подложек зона их расположения в плазме экранируется перфорированным цилиндром. Заряжаясь до потенциала плазмы, он отталкивает ионы , в то же время не препятствует свободному движению нейтральных радикалов к поверхности обрабатываемого материала.

Более 90 % частиц плазмы, участвующих в процессе плазмохимического травления – свободные радикалы. Они представляют собой главный источник реактивности плазмы. Число ионов, действующих в плазмохимическом травлении, не превышают нескольких процентов от числа радикалов.

Процесс ионно-химического травления осуществляется химически активными ионами, создаваемые в автономных ионных источниках. Это, как правило, источники с холодным катодом, поскольку высокая химическая активность частиц плазмы ограничивает применение применение источников с накаливаемым катодом. Взаимодействие с реактивной средой выводит из строя накаливаемый катод. В области обрабатываемых подложек поддерживается относительно высокий вакуум: 10^-3 – 10^-2 Па, ионы двигаются строго направленно и обеспечивается направленное воздействие на материалы. В то же время высокая кинетическая энергия ионов создает проблемы, связанные с повышенным дефектообразованием на обрабатываемой поверхности.

Плазмо- и ионно-химическое травление – относительно новые технологические процессы, они представляют собой высокопроизводительные низкотемпературные «сухие» процессы.